SH抑尘剂形成胶膜的紫外线老化研究

郑娇娇，柴寿喜，朱书娟，刘晓佳

（天津城建大学 地质与测绘学院，天津 300384）

材料科学与工程

SH抑尘剂形成胶膜的紫外线老化研究

郑娇娇，柴寿喜，朱书娟，刘晓佳

（天津城建大学 地质与测绘学院，天津 300384）

SH喷洒在弃土表面，干燥后形成一层胶膜，可达到抑尘作用.为研究日照引起胶膜的老化问题，开展紫外线老化试验，并测试胶膜的拉伸性能.结果为：老化前，在拉伸过程中胶膜经历了弹性变形—弹塑性变形—拉裂破坏三个阶段，随胶膜厚度的增加，极限拉力与极限变形均逐渐增大；老化后，胶膜的拉力-变形曲线呈抛物线型，极限拉力和极限变形均有所下降.SH抑尘剂形成的胶膜具有一定的抗拉伸性能和抗紫外线老化能力，可满足长达一年半的建设场地抑尘要求.

SH抑尘剂；胶膜；紫外线老化试验；拉伸性能

建设场地扬尘是造成城市空气颗粒物污染的来源之一［1-2］.因此，迫切需要开发适应建设场地气候条件的扬尘控制技术.

现有的抑尘剂分为湿润型、黏结型、吸湿保水型和多功能复合型［3］.抑尘原理为：保持弃土的湿度，增加土颗粒间的凝结作用；或在弃土表面形成具有一定拉伸性能与耐候性的胶膜，抑制尘土飞扬.

邓云飞［4］对聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯材料进行了拉伸试验，发现温度和拉伸速率均能影响两种高分子材料的拉伸性能.张琦［5］测试了橡胶复合材料的拉伸性能，拉伸速率的变化对拉断时的伸长率有显著影响.Erenkov［6］通过试验证实，材料的拉伸性能与拉伸速率和仪器精度有关.Molenaar［7］指出，拉伸强度是研究材料抗紫外线老化的重要指标.张硕［8］测试了高分子材料凝聚形成膜材料的力学性能及抗紫外线老化性能，得出了室外日照与箱内紫外线辐射时间的换算关系.

高分子材料暴露于自然环境下，受紫外线照射而发生老化，其拉伸性能逐渐下降.老化是一种不可逆的变化，老化后的材料将丧失其部分使用功能［9］.虽然太阳光中的紫外光（UV）只占5%，但它却是造成高分子材料耐用性能下降的主要光照因素［10］.

SH抑尘剂为高分子聚合物，成分为改性的聚乙烯醇，呈液体状，遇水可稀释［11］.喷洒 48，h后，可在弃土表面形成一层胶膜，发挥抑尘作用.在天津市的建设场地应用 SH抑尘剂，受到紫外线的照射作用，胶膜的力学性质必然发生弱化［12］.为此，制备 SH抑尘剂胶膜，模拟天津市的紫外线强度，照射胶膜.经紫外线老化试验后，测试其拉伸性能.

1 老化前胶膜的拉伸试验

1.1 胶膜制备与试验方法

1.1.1 胶膜的厚度及成膜时间

将一定体积的 SH抑尘剂放入底部水平的玻璃容器中，在空气中自行成膜.天然状态下，SH抑尘剂2，d可形成厚0.2，mm的胶膜.胶膜的厚度及成膜时间见表1.

表1 胶膜的成膜厚度与成膜时间

1.1.2 胶膜的处理

选取厚度均匀、无破损的胶膜，切割成120，mm× 30，mm的长条形，胶膜厚度分别为 0.2，0.3，0.4，0.5，mm.

1.1.3 试验仪器与方法

使用 LTW-2000N全自动多量程拉伸试验机，试验力和变形允许误差极限分别为示值的±1%，和± 0.5%，以内，试验力示值分辨率为最大试验力的 1/± 200，000.

按照“塑料薄膜拉伸性能试验方法”（GB 13022—91）进行试验，胶膜置于拉伸试验机的上下夹具之间，下夹具移动，拉伸速率为5，mm/min.

1.2 试验结果与分析

观察胶膜的破坏形态有三种，破坏位置多在胶膜两端或中部，如图1所示.

图1 胶膜的破坏形态

不同厚度胶膜的拉力与变形关系曲线见图2.开始时，拉力随胶膜变形的增加迅速增大；变形超过15，mm后，0.2，mm的胶膜拉力迅速降低，发生拉裂破坏；0.3、0.4和 0.5，mm 的胶膜拉力上升速率减小；达到最大值后，拉力迅速下降，胶膜很快被拉断.

图2 不同厚度胶膜的拉力与变形

图2显示，0.2，mm的胶膜在拉伸过程中经历了弹性变形至拉裂破坏两个阶段.0.3、0.4和 0.5，mm的胶膜在变形超过15，mm后，拉力处于缓慢上升阶段，胶膜发生弹塑性变形，达到极限拉力后，胶膜破坏.这三个厚度的胶膜在拉伸过程中经历了弹性变形—弹塑性变形—拉裂破坏三个阶段.

胶膜厚度对其极限拉力和极限变形的影响如图3所示.胶膜厚度为 0.2，0.3，0.4，0.5，mm时，极限拉力相应为 115.5，226.2，520.9，708.2，N，极限变形相应为 22.8，53.9，107.2，152.1，mm，拉断时的伸长率为 119.0%，144.9%，189.3%，226.8%，.随胶膜厚度的增大，极限拉力和极限变形上升趋势非常明显.

图3 胶膜厚度对其极限拉伸性能的影响

考虑到胶膜厚度越大，SH抑尘剂的喷洒量就越大，成本越高.为此，结合图3的曲线变化趋势及数据对比，厚度0.2，mm以上的胶膜均具有良好的抗拉伸性能，可满足 SH抑尘剂的使用成本和建设场地抑尘要求.推荐现场喷洒使用量以0.2，mm为宜.

2 紫外线老化试验

2.1 紫外线老化试验方案设计

紫外光（UV）是造成胶膜耐久性下降的主要光照因素.在模拟阳光对材料的物理性质影响时，只需要模拟短波的UV光即可［13］.

采用荧光紫外灯为光源，通过模拟自然阳光中的紫外辐射，对胶膜进行加速耐久性试验，评价其抗老化性能.C/Z-UV紫外老化箱的主要技术参数见表2.

表2 C/Z-UV型紫外老化试验箱的主要技术参数

采用UVA-340灯管作为模拟365～295，nm的短波光源.老化箱的构造如图4所示.

图4 C/Z-UV型紫外老化试验箱构造示意

天津市春、夏、秋、冬太阳总辐射分别为1，613、1，700、1，051和 510，MJ/m2［14］.1961—1990年和 1990—2000年平均日照时数分别为 2，721和2，459，h［15-16］.近十几年来，受空气雾霾的影响，日照时数有所减少.

依据辐射量的等效关系，室外日照与箱内紫外线辐射时间的换算关系见表3.

表3 室外日照与箱内紫外线辐射的时间换算表

通常，按照建筑弃土的现场堆积时间一年半考虑，选择测试老化 4，d后不同厚度胶膜的拉伸性能.每组试样3个，取平均值.

2.2 紫外线老化后的拉伸试验结果与分析

2.2.1 老化后的胶膜形态

经过紫外线老化 4，d后，不同厚度胶膜的形态如图5所示.胶膜表面形态出现较明显变化：表面变粗糙；局部出现褶皱和干缩现象；不同厚度的胶膜干缩程度和褶皱情况明显不同；厚度0.2，mm的胶膜表面产生少许细小裂纹.

在紫外线的照射下，胶膜表层首先发生老化，分子键被破坏.紫外线不能完全穿透 0.3、0.4和0.5，mm的胶膜，仅引起胶膜表层形态的变化，产生褶皱和干缩现象.但紫外线可穿透 0.2，mm胶膜表层，照射胶膜内部；随着胶膜内部光化学反应不断进行和膨胀应力的长时间积累，裂纹首先出现在应力集中部位.

图5 箱内老化4，d不同厚度胶膜的表面形态

2.2.2 老化后的胶膜拉伸试验

箱内老化 4，d后不同厚度胶膜的拉力与变形如图6所示.箱内老化 4，d后，胶膜的拉力与变形关系曲线呈抛物线型.开始时，随变形的增加，拉力不断增大；达到极限值后，随变形的增加，拉力逐渐下降，直至拉裂破坏.

图6 不同厚度胶膜箱内老化4，d的拉力与变形

2.2.3 老化前后的极限拉伸性能比较

不同厚度胶膜老化前与老化 4，d的极限拉力和极限变形如图7所示.箱内老化 4，d后，厚度分别为 0.2，0.3，0.4，0.5，mm的胶膜，极限拉力相应为39.5，89.4，298.5，492.3，N，较未老化前相应降低了 65.4%，60.5%，42.7%，27.1%，；极限变形相应为 4.8，19.7，48.8，84.6，mm，较未老化前降低了78.9%，63.5%，54.5%，44.4%，.

这是因为在箱内紫外线老化过程中，紫外线照射使胶膜中的分子链断裂，破坏了其分子结构.因此，不同厚度的胶膜箱内紫外线老化后，极限拉力和极限变形较老化前有所降低.

图7 不同厚度胶膜老化前与老化4，d的拉伸性能

3 结 论

SH抑尘剂溶液喷洒于弃土表面，具有良好的成膜性，形成的胶膜具有一定的抗拉伸性能和抗紫外线老化能力，至少可满足长达一年半的建设场地抑尘要求.

（1）SH抑尘剂溶液喷洒施工简便，在天然条件下2，d即可形成胶膜，适宜于建设场地使用.

（2）老化前，SH抑尘剂胶膜的极限拉力和极限变形随胶膜厚度的增大而增大.0.2，mm的胶膜在拉伸过程中经历了弹性变形至拉裂破坏两个阶段；0.3，0.4，0.5，mm 的胶膜经历了弹性变形—弹塑性变形—拉裂破坏三个阶段.

（3）箱内紫外线老化 4，d后（相当于室外紫外线辐射一年半），胶膜的极限拉力和极限变形均有所降低，拉力与变形关系曲线呈抛物线型，仍具有一定的抗拉伸性能.

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Ultraviolet Radiation Aging Test on the Film from SH Dust Suppressant

ZHENG Jiaojiao，CHAI Shouxi，ZHU Shujuan，LIU Xiaojia
（School of Geology and Geomatics，TCU，Tianjin 300384，China）

The SH agent can form a layer of film when sprayed on the surface of spoil after 2 days，which can achieve an effect of suppressing the dust.The ultraviolet radiation aging test has carried out in order to investigate the aging of SH film caused by sunshine radiation.The results are as follows：before aging，the SH film has undergone three stages during the deformation process，namely，elastic deformation，elastic-plastic deformation and fracture before ultraviolet radiation aging arises.The ultimate tension and ultimate deformation of the SH film increase with the increment of its thickness.After ultraviolet radiation aging，the curves of tension and deformation are in parabolas.The ultimate tension and ultimate deformation are inferior to that without aging.The SH film has the better property of tensibleness and antiultraviolet radiation aging，which can work as dust suppressant for a year and a half.

SH dust suppressant；film；ultraviolet radiation aging test；tensile properties

X513

A

2095-719X（2016）03-0206-05

2015-04-27；

2015-05-20

国家自然科学基金（41272335）

郑娇娇（1990—），女，河北保定人，天津城建大学硕士生.

柴寿喜（1962—），男，教授，博士，从事盐渍土改性与固化方面的研究.Email：chaishouxi@163.com